Ammoniak is toch lichter dan de lucht? Ja, dat klopt. Maar het speelt geen rol in de menglaag van de atmosfeer.

Dit stukje komt uit Hoofdstuk 4.2 de verspreiding van Ammoniak (De Heij (2024))

Ammoniak is een reactief gas en lost goed op in water. Water in de vorm van aerosolen, regen, wolken en natte fijnstofdeeltjes is voldoende aanwezig in de eerste paar kilometer van de atmosfeer ook wel menglaag genoemd. Alleen niet-reactieve gassen worden via de menglaag naar de troposfeer getransporteerd. Ammoniak is lichter dan lucht, maar dat wil niet zeggen dat ammoniak in een turbulent (convectief) systeem ook zomaar opstijgt.

TNO heeft daarover terecht geschreven (Het gedrag van stikstofverbindingen in de atmosfeer, 2024) “Door het gebrek aan onderlinge aantrekkingskrachten tussen de moleculen, gedragen alle gassen zich in de lucht gelijk. De energie die zorgt voor de beweging van de moleculen in de lucht is vele malen groter dan de zwaartekracht die moleculen ondervinden. Dat betekent dat moleculen van verschillende gewichten niet stijgen of dalen door zwaartekracht, maar zich met de luchtstroming verspreiden in de welbekende ‘pluim’. Het is dus een fabel dat ammoniak in de atmosfeer lichter is dan lucht en daardoor opstijgt. Gelukkig maar: anders zouden zwaardere moleculen, zoals koolstofdioxide (CO2), dalen en zou al het leven op aarde stikken”.

Driekwart van de uitstoot van NOx (stikstofoxiden) en bijna alle uitstoot van ammoniak (NH₃) gebeurt dicht bij op het grondoppervlak, in de zogenaamde atmosferische menglaag. Deze laag kan in hoogte variëren, afhankelijk van de graad van turbulentie in de lucht. Turbulentie ontstaat door bewegingen in de lucht, vaak veroorzaakt door temperatuurverschillen. 

’s Nachts is de menglaag meestal kleiner en lager aanwezig. Als de zon opkomt, verwarmt het zonlicht de grond en de lucht erboven. Deze warme lucht stijgt op, wat turbulentie veroorzaakt en ervoor zorgt dat de menglaag langzaam groeit. Rond het middaguur is de zon het krachtigst, maar de menglaag blijft vaak nog iets langer groeien, tot ongeveer na de middag. De top van de menglaag werkt als een soort “deksel”, waardoor de lucht nauwelijks verder omhoog mengt.

Als de zon later op de dag minder sterk wordt, begint de grond af te koelen, gevolgd door de lucht erboven. Dit leidt tot een stabiele situatie: koude lucht blijft dicht bij de grond, met de iets warmere lucht erboven. Hierdoor stopt de turbulentie in het verticale vlak, en de menglaag “klapt in”. Overdag is de menglaag meestal tussen de 500 en 1.500 meter groot, maar ’s nachts daalt deze vaak naar 50 tot 300 meter.

Stikstofverbindingen, zoals ammoniak, verspreiden zich vanuit hun bron in de vorm van pluimen (wolken van gas). Deze pluimen kunnen in of boven de menglaag ontstaan, afhankelijk van de hoogte van de bron. De meeste uitstoot gebeurt echter laag in de menglaag. Pluimen in de menglaag kunnen relatief snel weer neerslaan (depositie) in de buurt van de bron, afhankelijk van het weer en de stabiliteit van de lucht. Pluimen boven de menglaag reizen meestal verder weg (dit kan het geval zijn bij een hoge schoorsteen met veel warmte inhoud). De windrichting bepaalt waar de pluim naartoe gaat, terwijl turbulentie en de ruwheid van het aardoppervlak invloed hebben op hoe snel de pluim zich in de breedte en hoogte verspreidt.